Alzheimer e malattie neurodegerative. Ecco come si accumulano le proteine. Lo studio è italiano

Combinando la fisica con la biomedicina, uno studio italiano svela la cinetica dell’aggregazione delle proteine in disordini di tipo neurodegenerativo, quali FENIB (encefalopatia con corpi d'inclusione di neuroserpina), Alzheimer, Parkinson e Huntington: le proteine si accumulano e non riescono più a uscire, in una trasformazione che in fisica ricorda quella di una ‘transizione di fase’ in cui un liquido passa allo stato gassoso, in una condizione di ‘non-equilibrio’, cioè una sorta di ‘processo di non ritorno’. Lo studio di quattro scienziati italiani, frutto di una collaborazione tra Fondazione ISI, Università degli Studi di Milano e CNR, è pubblicato oggi su Nature Communications, col titolo Protein accumulation in the endoplasmic reticulum as a non-equilibrium phase transition.
 
In generale, le malattie neurodegenerative citate sono associate ad un’aggregazione aberrante di proteine in cui l’attività di secrezione degli organelli intracellulari gioca un ruolo determinante, illustrano i ricercatori nello studio. Attraversosimulazioni numeriche in 3D e particolari calcoli “abbiamo dimostrato che l'aggregazione proteica subisce una ‘transizione di fase in condizioni non-equilibrio’, controllata dai tassi di sintesi proteica e dalla degradazione”.
“Il nostro lavoro parte dallo studio dell'accumulo di proteine nel reticolo endoplasmatico”, spiega Stefano Zapperi, ricercatore ISI, che firma l'articolo assieme a Zoe Burdrikis (Fondazione ISI), Giulio Costantini (CNR) e Caterina La Porta (Dipartimento di Bioscienze dell'Università di Milano). “È lì che vengono alla luce le prime tracce della malattia. Se la persona è sana – nello stato fisiologico e naturale – le proteine prodotte si degradano e vengono distribuite nell'organismo. Nella malattia l'accumulo prosegue invece in modo aberrante: le proteine vengono prodotte ma non riescono più a uscire. Ciò che è interessante è che questo processo avviene in modo analogo a una transizione di fase, come la trasformazione di un liquido in gas. Pensiamo a quando si passa dai 99,5 gradi ai 100 gradi nella temperatura dell'acqua: il cambiamento è piccolissimo, quasi impercettibile, eppure l'effetto è radicale. Da quel momento l'acqua passa dalla forma liquida a quella gassosa. Qualcosa del genere avviene nel reticolo, nella fase di transizione in cui le proteine non vengono più degradate e inizia l'accumulo aberrante”.
 
Studiando la cinetica di aggregazione di proteine attraverso la simulazione della diffusione di polimeri lineari, il gruppo di lavoro è riuscito a utilizzare con successo questo modello per descrivere dati sperimentali ottenuti in passato su altri pazienti. In particolare, sulla rimozione di beta-amiloide dal sistema nervoso centrale, permettendo di prevedere il comportamento atteso con la progressione del morbo di Alzheimer.
 
“Noi abbiamo svolto un lavoro particolarmente attento sull'Alzheimer”, dice Zapperi, “ma il nostro modello può essere utilizzato anche nello studio delle altre malattie degenerative che presentano processi comuni. La fisica in questo caso si affianca allo studio in vitro, offrendo nuove prospettive d'analisi sull'aggregazione e sul deposito di proteine in situazioni aberranti. È una innovazione importante, perché in futuro simili tecniche potrebbero offrire un decisivo contributo a livello diagnostico: individuando il momento in cui si arriva alla transizione di fase, si può sapere in anticipo quanto il paziente si sta avvicinando alla malattia e agire di conseguenza”.
 
In particolare, la clearance della beta-amiloide, misurata sperimentalmente nei pazienti con Alzheimer, dovrebbe diminuire con la progressione della malattia e annullarsi quando inizia il processo di ‘transizione di fase in condizioni di non equilibrio’, si legge nello studio. A questo punto, la polimerizzazione, cioè la formazione strutturata di catene polimeriche, non si fermerebbe. “Riteniamo che combinare le informazioni cliniche quantitative con modelli teoretici realistici potrebbe essere utile per migliorare gli strumenti diagnostici per queste patologie”, spiegano i ricercatori nello studio.  
 
Le due domande che si pongono i ricercatori sono: quali processi biologici regolano questi parametri di controllo e quali conseguenze ha la transizione di fase?
Una possibile risposta alla prima domanda, spiegano i ricercatori, potrebbe coinvolgere il metabolismo dei lipidi, che è stato recentemente mostrato giocare un ruolo in queste malattie neurodegenerative (vedere nello studio i riferimenti bibliografici). Per la seconda domanda “il nostro modello permette di interpretare l'insorgere di malattie conformazionali nell'ambito delle transizioni di fase e fenomeni critici”, si legge.
 
Viola Rita